Parameter selection the powerplant with recovery system Off-gas in the refinery

Abstract

Dissertation for the candidate degree in specialty 05.05.03 "Engines and Power Plants". - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute ", Kharkiv 2017. The thesis is devoted to actual problem - the selection of schemes and power parameters of the power plant for utilization of associated gas. The problem of associated gas flaring continuously rising international conferences on conservation of the environment are held under the auspices of the UN and the World Bank. In particular, the World Conference on Climate in Paris (COP21) in 2015, and was nominated Global Initiatives to eradicate the practice of flaring of associated gas in the oil industry. Worldwide, it was supported by 45 oil companies, governments and other parties through which CO2 emissions can be reduced by 100 million tons per year. The adopted program "Zero Routine Flaring by 2030" provides end to the practice of burning of associated gas by 2030. This Initiatives supported and Iraq, which in 2015 take the second place in the world with the burning of associated gas in flares. Associated petroleum gas is 2% of product yield refineries in Iraq. Given the number of refineries and their power daily when they are flaring loss a lot of energy and is a significant pollution of the territory not only as chemical emissions but as a heat is released during the combustion of associated gas. The work uses a comprehensive approach to the selection circuit and power parameters power plant for utilization of associated gas. The possible options for the utilization of associated gas. According to the options two power plants are taken the first one based on gas turbine engine and the second based on gas turbine engine and a piston engine. The question examined in terms of exergic-anergy balance installation and obtain the best technical and economic performance, taking into account the climatic characteristics of Iraq The features of physical and chemical composition of associated petroleum gas in the refinery in Iraq, in particular methane determined the number, the method of firm Caterpillar. The methane number of the gas fuel affects the choice piston power plant. Significant impact on the choice of installing recycling schemes associated gas temperature features render the region. For their consideration set average temperature for the region. Conducted thermal calculations allowed to analyze the impact of environmental temperature on performance of power plants and conduct a feasibility study best selection circuit installation. Implementation exergic-anergy balance for power plants proposed scheme has allowed to confirm significant reduction in thermal pollution and show the most attractive from that perspective scheme. Economic calculations allowed to determine the payback period of the projects and installations prove the economic feasibility of their construction. The most economically attractive project. The analysis of the economic risks of sensitivity to changes in prices of electricity and to changes in ambient temperature. Similar calculations of sensitivity analysis performed for the two plants power plants. Based on the analysis, commissioned by the Iraqi side was developed based business project for energy generation capacity on the basis of energy utilization units. The results of the study will not only get the necessary electrical energy that can be used not only in the enterprise, but also to improve the environment in accordance with international agreements. The results of the research will be used in the construction of new units in the refineries in Iraq according to a letter from the Ministry of Industry and minerals.Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.03 «Двигуни та енергетичні установки» (14 – Електрична інженерія). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2017. Дисертаційна робота присвячена актуальному питанню - вибору схеми та параметрів силової енергетичної установки для утилізації попутного нафтового газу. Проблема спалювання попутних газів постійно підіймається на міжнародних конференціях зі збереження навколишнього середовища які проходять під егідою ООН та Всесвітнього банку. Зокрема, на Всесвітній конференції з клімату в Парижі (COP21) у 2015 році, була висунута та підтримана глобальна ініціатива з викорінення практики спалювання попутного газу в нафтовій промисловості. В усьому світі її підтримали 45 нафтових компаній, урядів та інших сторін завдяки яким викиди CO2 можуть скоротитись на 100 мільйонів тонн на рік. Прийнята програма “Zero Routine Flaring by 2030” передбачає покінчити з практикою спалювання супутнього нафтового газу до 2030 року. Цю ініціативу підтримала і держава Ірак, яка на 2015 рік займала друге місце у світі зі спалювання попутних газів у факелах. Попутний нафтовий газ складає 2% від виходу продуктів нафтопереробного підприємства в Іраку. Враховуючи кількість нафтопереробних підприємств та їх потужності, щоденно, при його спалюванні у факелах, втрачається велика кількість енергії та відбувається значне забруднення навколишньої території не тільки хімічними викидами а і теплотою яка виділяється при згорянні попутного нафтового газу. У роботі використано комплексний підхід до вибору схеми та параметрів силової енергетичної установки для утилізації попутного нафтового газу. Розглянуто можливі варіанти утилізації супутнього нафтового газу. Серед варіантів взято енергетичну установку на базі газотурбінного двигуна та установку на базі газотурбінного двигуна який діє сумісно з поршневим двигуном. Поставлене питання розглянуто з точки зору енерго-ексергетичного балансу установки та отримання найкращих техніко-економічних показників з урахуванням кліматичних особливостей регіону держави Ірак. Розглянуто особливості фізико-хімічного складу супутнього нафтового газу на нафтопереробному заводі держави Ірак, зокрема проведено визначення метанового числа, за методикою фірми Caterpillar. Метанове число газового палива впливає на вибір поршневої енергетичної установки. Значний вплив на вибір схеми установки з утилізації супутнього нафтового газу оказують температурні особливості регіону. Для їх урахування визначено середню температуру для регіону. Проведені теплові розрахунки дозволили проаналізувати вплив температури навколишнього середовища на показники енергетичних установок та провести економічне обґрунтування обрання найкращої схеми установки. Виконання енерго-ексергетичного балансу для запропонованих схем енергогенеруючих установок дозволило підтвердити значне зменшення теплового забруднення навколишнього середовища та вказати на найбільш привабливу з цієї точки зору схему. Економічні розрахунки дозволили визначити термін окупності запропонованих проектів установок та довести економічну доцільність їх побудови. Визначено найбільш економічно привабливий проект. Проведено аналіз економічних ризиків чутливості до зміни ціни електроенергії та до зміни температури навколишнього середовища. Подібні розрахунки аналізу чутливості проведено для заводів з двома енергетичними установками. На основі проведеного аналізу, на замовлення Іракської сторони, було розроблено основу бізнес проекту для енергогенеруючих потужностей на базі енергетичних утилізаційних установок. Виконання результатів дослідження дозволить не тільки отримати необхідну електричну енергію, яку можна використовувати не тільки на підприємстві, а і покращити стан навколишнього середовища у відповідності до міжнародних домовленостей. Результати дисертаційного дослідження будуть використані при будівництві нових енергоблоків на нафтопереробних заводах Іраку згідно листа від Міністерства промисловості і природних ресурсів.